過去近三分之一個世紀以來，資訊科技的發展日新月異，幾乎成為科技發展的主流，其中，網際網路（Internet）的發明提供了一個便捷無邊界的全球資訊網，改變了人們對資訊取得與傳遞方式。接著，通訊網絡系統及人機介面不斷的創新，個人手機主導並改變了人們溝通的方式，資訊科技顯著的影響了社會變遷，且目前仍持續不斷的發展當中。造成這種蓬勃發展的動力主要來自人們日常生活中對資訊快速傳遞的迫切需求。

　在水下方面，聲波作為水下傳遞能量的有效方式，已被利用來設計出各式各樣的聲納系統，作為航行、偵測與探測之用。然而，由於人類生活的領域是在陸地，因此，對於水下通訊的需求（如水下電話機），相對的受到侷限，不僅如此，水下環境的多變、噪音干擾、邊界效應等，也造成技術發展上的困難。然而促使發展最關鍵的因素是：人類對於水下網絡與通訊的需求為何？

　有關這個問題，楊子江博士提出一些看法（見本刊第一篇）。他指出：水下網絡與通訊除了國防應用外，由於人類對海洋環境以及相關海洋工程建置監測的需求，如氣候變遷、海域污染、海洋牧場等，且隨著水下技術不斷的提升及水下儀器日益普及，水下網絡與通訊的應用將逐漸多元，一旦證實水下網絡與通訊有迫切的需求，且其地位無可取代，則有朝一日，建置在海洋的Oceanet（稱之為「海洋網絡」） 將隨之產生，就如同建置在陸地上的Internet一樣。

　本期以「水下網絡與通訊」為主題，邀請相關領域的學者專家，發表與這個主相關的文章，包括：水下聲學通訊網路技術現況、先進水下通訊技術、時間反轉法於水下通訊之應用、水下通訊創新演算法等。此外，有關建構西子灣海洋實驗場作為水下技術研發基地，其現場即時觀測的實現有賴水下網絡與通訊系統之建置，所擬構思已藉由現場實驗進行測試，惟實驗資料尚待分析，此文以目前所完成有關近岸與港區聲學研究成果為主。另外，由楊子江博士統籌辦理，於2013年11月11-13日，假國立中山大學國際會議廳所舉辦的「第8屆ACM水下網路國際研討會（8th ACM International Conference on Underwater Networks & System, WUWNet13）」，這是臺灣第一次辦理有關水下網路方面的國際研討會，共計有47篇論文發表，發表人員來自臺灣、美國、中國、義大利、日本、澳洲、印尼等7國，與會人次百餘位。本次研討會成果豐碩，相關資訊請參見http://wuwnet.acm.org/2013/program.php

作者：劉金源／國立台東大學 校長

　　　張順雄／國立高雄海洋科技大學微電子工程系 教授　　　

　Abstract: Underwater acoustic networks may one day become the OceanNet, an equivalent of the Internet but deployed under the water (in the oceans).  But why do we need underwater acoustic networks?  The popular wireless radio frequency (RF) communications have guaranteed users and markets.  The market is technology driven: advanced technology brings in more capabilities, and more users lower the cost in the technology development and production.  Unlike the RF world, underwater acoustic networks have no guaranteed customers except perhaps in the defense sector.  Its existence depends on the “need”.  The need for underwater acoustic networks comes mostly from the need to monitor the environments, such as ocean climate monitoring. Other needs include pollution control, ocean engineering etc.  Consequently, it may be said that without responding to the need, nobody may care about underwater acoustic networks.  Conversely, if significant accomplishments can be demonstrated showing significant impacts on our lives, which otherwise will not be possible without significantly more effort and cost, great interest will be generated in the public sector.  With that, substantial funding may be obtained to develop the technology for affordable underwater acoustic sensor networks. In this presentation, we discuss examples of such applications, practical problems, challenges, and potential breakthroughs in the development of underwater acoustic communications and networks so that one day OceanNet may become a reality.

作者：T. C. Yang（楊子江）／ Institute of Undersea Technology

                                           National Sun Yat-sen University

                                           Kaohsiung, Taiwan

　聲波在深度十數公尺的極淺海環境中傳播之原理對於近岸或港區聲學研究十分重要。緣於地利之便，我們嘗試將西子灣附近極淺海域建置成為一個海洋實驗場，作為長期進行近岸與港區聲學研究與發展的研發基地。海洋實驗場建置之基本概念是將該規劃海域建設成為一個現場實驗室（in-situ laboratory），因此，對於現場海域環境資訊要有充分的瞭解，並視需求建置所需的基礎設施，以利作為後續現場實驗研究之應用。有鑑於此，2006年5月迄2007年4月期間，總共出海7個航次進行該區域細膩的海洋環境調查與分析，包括地形、地貌、底質、海流等。為利於水下聲學儀器校正，於2007年11月佈放由貨櫃所改裝而成的海洋儀器校正測試樁。由於海洋環境噪音及海床反射乃是海洋聲學環境之基本性質，2007年夏天進行港區環境噪音之量測與分析，並於年底期間，出海4個航次進行聲波自海床反射之直接量測實驗。2008年至2012年期間，進行一系列的聲學實驗，包括聲波傳輸損失實驗、地聲性質反算實驗、港區反入侵實驗、水下網絡與通訊實驗等。本文主要的目的在於說明海洋實驗場建置的過程、所進行的實驗程序及相關的研究成果。（註：本文為本主題之完整內容；部分內容曾發表於8th ACM International Conference on Underwater Networks & System, 2013/11/11-13, Kaohsiung, Taiwan）

作者：劉金源／國立臺東大學校長、國立中山大學海下科技研究所教授

　　　黃千芬／國立臺灣大學海洋研究所副教授

　台灣四面環海但國內研究人員對於水下通訊技術的了解與投入並不多見。水下通訊技術是十分具有挑戰性的議題，其技術難度比陸上無線電波為基礎的無線通訊系統高出許多。因為水下環境對於設備供電、訊號品質、傳輸通道、信號處理方式多有限制，由於傳輸媒介的不同，訊號的延遲、傳遞方式等特性也迴然不同於電波。因此本文從水下通訊網路環境、水下訊號的傳遞特性以及水下網路拓樸的建構等主題開始一一加以介紹。讓讀者了解水下通訊技術的主要課題。在過去的研究中，普遍已經認知，階層式網路架構會是大型水下網路所採行的建構模式。本文也對於節能網路拓樸技術，作進一步的介紹。除介紹水下通訊的介紹如何藉由水下網路的架構設計來改善水下網路的通訊品質與節點耗能。希望藉由本文的介紹提供國內有興趣的研究人員參考，並激發出更多的智慧火花，為我國的水下通訊技術發展帶來更多的機會。

　

作者：陳怡婷／國立高雄應用科技大學電子工程系 博士班候選人

　　　羅志正／中山科學研究院資通所水下科技研究組

　　　林澄貴／中山科學研究院資通所水下科技研究組

　　　洪盟峰／國立高雄應用科技大學電子工程系 教授

　

　 水下通道是一種時變多路徑環境、長傳播延遲、窄頻通道頻寬和低資料傳輸通道頻寬特徵。如何應用各種通訊與網路技術，例如通道量測與建模、通道估測、分碼多重進接多工、正交分頻多工、空間時間編碼、適應性調變、通道編碼、多輸入多輸出傳輸機制、等化器技術、干擾消除技術、頻率與時間同步技術、功率和頻道配置、媒體擷取控制、網路拓墣和路由演算法，克服水下通道限制達到水下遙測應用，是我們所討論的課題。在這篇文章，我們討論水下通道特徵、水下通訊和水下網路技術設計原理。數個分碼多重進接、正交分頻多工和其他先進水下通訊技術是被探討的。我們論述這些水下通訊技術系統特徵、設計參數、傳輸接收機載波頻率、系統頻寬、調變技術、展頻序列、子載波數目、正交分頻多工符元長度、通道編碼、傳輸資料速率和頻寬效率。從這些論述的文章中，我們可瞭解先進通訊技術應用在水下通訊的基本設計概念與原理，啟發我們設計更高傳輸速度、更高頻寬使用效率、更低傳輸功率和更高傳輸可靠度的先進水下通訊與網路技術。

作者：林進豐／國立臺灣海洋大學電機工程系

　　　張順雄／國立高雄海洋科技大學微電子工程系

　　　I. A. Parinov／Vorovich Mechanics and Applied Mathematics

                              Research  Instiate,

                              Southern Federal University, Russia

　海洋中的通訊主要是藉由聲波作為傳遞媒介，且水下聲波通訊系統受到多重路徑干擾的問題相當嚴重造成符號干擾(ISI)。時間反轉鏡(TRM)已廣泛地用運在水下通訊，使經由水下環境造成變化而產生訊號之失真使其恢復波形完整度，進而使解調變後可降低其位元錯誤率(BER)。本研究以船模拖航水槽為水下通訊測試平台，應用相位鍵移調變(PSK)數位調變技術作為傳送訊號，並使用矩陣法估算其環境響應函數，將通過水下通道傳播之波形作時間反轉鏡後再進行解調變，藉此修正調變訊號經由通道後之傳輸訊號，降低其位元錯誤率。結果證明時間反轉法應用於水下通訊可改善其通訊品質，克服多重路徑之問題，並達到水下通訊之目的，最後討論傳輸距離、載波頻率與水下麥克風數量等與位元錯誤率之關係。實驗結果證實時反法可以減少多重路徑干擾並提升信雜比，進而降低錯誤率提升水下通訊品質。

作者：林奕瑋／國立成功大學系統及船舶機電工程學所博士生

　　　涂季平／國立成功大學系統及船舶機電工程學所教授

　 水下聲波通訊的研究與技術發展，在近二十年間受到了高度的重視，因為這些技術可被應用於海洋研究、近岸石油開發及國防工業等領域上，持續的研究使得相關的技術取得重大的進展。本文回顧近十多年間，點對點的水下聲波通訊技術的進展，特別是在基頻訊號處理的研究上，所面臨的問題及所獲致的突破，並介紹一種最新的基頻訊號處理技術 - 次空間追蹤演算法。對於通訊通道的估測問題上，此種新的技術大幅提升了估測快速時變水聲通訊通道的性能，使得通訊的誤碼率得以顯著的降低。　

作者：黃善和／國立中山大學海下科技研究所助理研究員

　聲音在水中的傳播速度比在空氣中的傳播速度快4 - 5倍，其聲速也會隨著鹽度，溫度及深度的增加而變快。這就是聲學為什麼會被廣泛的應用於海洋環境研究與調查、海事工程和探勘、漁業及軍事上等。

作者：童乃儉／申耀企業有限公司 總經理